Аудиовизуальные технологии – дорогое железо с особым смыслом!
26 мая 2014
Рубрика: Обзоры и мнения.
Автор: Борис Переверзев.

poly_26_05_2014

Иногда приходилось слышать от инженеров, безусловно любящих и добросовестно выполняющих свою работу по инсталляции сложных дисплейных систем, высказанное со слегка уничижительным оттенком: «Ну что такого мы делаем… Это всего лишь большой телевизор, главное же в содержании того, что на нем будет отображаться. Без этого он – дорогое железо без особого смысла».

Это, в чем-то справедливое утверждение звучит так, как будто бы дисплеи — нечто вторичное и не столь важное, по крайней мере, их качество и технологии не играют особой роли в той действительно важной работе, которая выполняется прочими средствами современных IT-технологий, в которых дисплеи служат лишь частью интерфейса «человек — машина». Обходились в свое время и без дисплеев — совсем еще недавно интерфейсом ЭВМ была, например, электрическая пишущая машинка (кто помнит?). Потом были монохромные дисплеи на электронно-лучевых трубках, потом цветные, потом росло разрешение, потом понадобилось увеличить размер и тут пошли в ход проекционные технологии, сначала несовершенные, недолговечные, с головными болями настройки. Потом проекционные технологии достигли практического совершенства и, кажется, улучшать их уже некуда. Появляются принципиально новые технологии, позволяющие решать те же задачи…

Для того, чтобы почувствовать роль дисплеев в современной жизни, достаточно представить себе, что все работает хорошо… кроме дисплеев, они все выключились (устроили забастовку)… Все работает, самолеты летят, поезда идут, телевизионные камеры и передатчики передают сигнал, компьютеры решают поставленные задачи. Дисплеи не работают… Дальше каждый сам представит себе ситуацию, которая для него ближе и понятнее…

Важность качества дисплея всегда понимали те, кто работает с изображениями, полиграфисты, фотографы, телевизионщики. Для них дисплей — важный инструмент, с помощью которого они добиваются необходимого результата в своей работе. Однако там речь шла, главным образом, о дисплеях для индивидуального пользования. О коллективных дисплеях можно было говорить лишь по отношению к кинотеатрам, но туда электронные дисплейные технологии (в массовом понимании) пришли заметно позже, чем в другие профессиональные области.

До определенного времени дисплейные технологии не позволяли создавать действительно качественные дисплеи «коллективного пользования». Электронно-лучевая технология позволяла создавать экран около 30 дюймов по диагонали уже на пределе своих возможностей. Попытки использовать ЭЛТ в качестве источника изображения в проекционных системах также не обеспечивали высокого и стабильного качества изображения. Модульные дисплеи, использующие электронно-лучевые трубки в том или ином качестве, не продвинулись в «серьезные» области применения — реклама в магазинах с «условным» качеством изображения — максимум на что они оказались способны.

poly_26_05_2014_1

Революция произошла, когда были созданы твердотельные (сначала ЖК, потом DLP) проекционные модули, на базе которых можно было собирать дисплеи практически произвольной формы и разрешения, с очень тонкими границами (швами) между модулями, которые легко игнорировались при зрительном восприятии всего изображения. Устройства прозвали «видеокубами». Некоторые ранние модели таких устройств действительно имели форму параллелепипеда, потом она стала более сложной. В дальнейшем появились модификации таких систем с названиями (в русском варианте), ставшими новым словом в геометрии — плоские или сверхплоские видеокубы… (!)

При этой технологии стало возможно добиться идентичности качества (яркости и цвета) изображения на всех модулях составного дисплея. В результате для дисплеев коллективного пользования открылись совершенно новые области применения. Например, динамическое отображение технологических процессов на производстве, схем электрических сетей, транспортных мнемосхем, изображения огромного разрешения, генерируемого геоинформационными системами. Переход на цифровые способы передачи изображения на дисплей (без дополнительного цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразования) обеспечил большой скачок в качестве изображения, особенно для модульных систем, сделавший возможным визуализацию изображения точно «пиксель-в-пиксель».

poly_26_05_2014_2

Видеокубостроение в своей истории пережило две существенные модификации — переход проекционных модулей с LCD на одночиповые DLP-технологии и переход от ламповых источников света к светодиодным. Первая позволила обеспечить действительно высокую однородность яркости и цвета по полю изображения (которую не может обеспечить даже более совершенная трехчиповая DLP-технология), вторая — резко повысившая надежность и долговечность. Технология со светодиодными источниками света уже вплотную подходит к обеспечению практической возможности стереоизображения на модульных дисплеях.

Для реализации возможностей таких модульных дисплейных технологий возникло целое направление, занимающееся разработкой специальных процессоров для создания изображения на модульных дисплеях. Существуют разные архитектуры таких процессоров, ориентированные на разные области применения с преобладанием динамической или статической информации, приоритетом высокого разрешения или скорости и синхронности обновления изображения на модулях. Все это позволяет создавать дисплеи произвольного разрешения и аспектного соотношения сторон и использовать их в широчайшем спектре применений от ритейла до управления всей системой транспорта газа в стране.

Интересно взглянуть на цифры, характеризующие разрешение дисплеев. С момента широкого распространения, например, цифровой фотографии, разрешение цифровых камер возросло от 0,3 (VGA) до 20 мегапикселей (и даже до 40 на профессиональных камерах), в то же время разрешение дисплеев выросло с тех же 0,3 всего лишь до 2 мегапикселей (FULL HD), и лишь около 4 МП на отдельных самых «крутых» мониторах. Модульный же дисплей, например, в диспетчерской центра управления электрическими сетями Башкортостана имеет разрешение более 4 МП. Столь высокое разрешение при размерах 11 на 4 метра позволяет отображать огромное количество элементов схемы электрических сетей, мгновенно модифицировать отображение, расшифровывать детали, визуализировать возможные решения проблем. Именно развитие дисплейных технологий вызвало к жизни также совсем новый подход к написаниям программного обеспечения для динамической визуализации сложнейших схем, а в результате и возникновению новых алгоритмов управления промышленными предприятиями.

Сегодня проекционные видеокубы практически не имеют альтернатив в тех случаях, когда требуется создать профессиональный дисплей большого размера и разрешения с межмодульными швами порядка 1 мм. Можно выбрать множество модификаций кубов, отличающихся размерами, конструктивным исполнением, способом доступа к внутренним элементам для обслуживания интерфейсами. Существенно улучшены характеристики в отношении угла обзора. Теперь, если при проектировании внимательно относиться к эргономическим рекомендациям, видеокубы надежно обеспечивают необходимые в этом отношении параметры. Видеокубы допускают возможность модификации для интерактивного взаимодействия (как сенсорный экран).

Только PRYZM может в какой-то мере конкурировать с видеокубами по толщине шва. Новейшие ЖК-дисплеи, специально предназначенные для построения модульных систем, имеют шов минимум в пять раз толще и, похоже, для ЖК-технологий эта величина не станет в обозримом будущем сильно меньше, скорее, им на смену придут OLED-технологии.

В области видеокубов существует своя конкуренция разных производителей в области уже упоминавшихся конструктивных особенностей. Появляются даже системы для формирования «непрямоугольных» дисплеев (eyevis).

Однако, только технология LPD — компания PRYZM является попыткой использовать принципиально иную технологию в примерно таком же конструктиве. Здесь производитель попытался использовать утраченные ранее достоинства электронно-лучевых трубок с их максимально широким углом обзора, качественной цветопередачей, характерной для ЭЛТ-технологии, высокой скоростью обновления изображения и столь же тонкими, как у видеокубов, межмодульными швами. В LPD под воздействием сканирующего и модулированного по интенсивности лазерного луча светится люминофор, поэтому это уже не проекционная технология…

ЖК-дисплеи также продолжают совершенствоваться, по многим параметрам они уже достигли практических пределов технологии. Идет работа над улучшением скорости обновления изображения, углами обзора, ну и уменьшением толщины рамки (имея в виду возможное применение для модульных дисплеев). Скорость обновления принципиально важный параметр для обеспечения стереоизображения. Необходимая частота 240 Гц достигнута на некоторых моделях. По 120 Гц на каждый глаз, включая «темную» фазу для улучшения передачи движущегося изображения. Светодиодная подсветка в разных модификациях — трех (RGB)- или шести (R1R2G1G2B1B2)-цветная (в некоторых прототипах) подсветка позволяет увеличить цветовой охват, дискретная прямая подсветка массивами светодиодов позволяет осуществить динамическое управление отдельными диодами подсветки в зависимости от результатов анализа демонстрируемого изображения и увеличить динамическую контрастность. Размеры ЖК-дисплеев приближаются к 100 дюймам (2,5 метра по диагонали). Однако, на видеокубах, к примеру, можно при том же размере получить вдвое большее разрешение.

ЖК совершенствуются также в области повышения разрешения до четырехкратного HD, но при относительно небольших размерах дисплеев 50 — 60 дюймов. Такие дисплеи, впрочем, не очень можно назвать «коллективными». Чтобы использовать их возможности, необходимо работать с ними на близкой дистанции просмотра. Это скорее индивидуальный инструмент с огромной информационной емкостью.

Дисплеи на органических светоизлучающих диодах (OLED) разных модификаций обещают в ближайшем будущем весьма значительный скачок в качестве и конструкции дисплеев. Это будут очень тонкие (единицы миллиметров толщиной) дисплеи размерами 50 — 70 дюймов. Пока, впрочем, серийно органические дисплеи выпускаются для профессионального применения в референсных телевизионных мониторах SONY. Качество их поражает зрителей, но производители говорят, что данная технология нерентабельна для более массового производства.

Но для построения модульных дисплеев, по аналогии с видеокубами, пока решений на OLED не предлагается даже в прототипах. Возможно для OLED будет использоваться другой подход, когда реализуется обещанная технология «печати» дисплеев больших размеров, которые также возможно в будущем будут гибкие. Одна из проблем OLED — меньший срок службы по сравнению с другими технологиями.

К примеру, излучающие диоды основных цветов могут со временем деградировать с разной скоростью, что, естественно, приводит к цветовому дисбалансу. Некоторые производители решают частично эту проблему, используя «белые» органические светодиоды с цветными фильтрами. Это устраняет смещение цветового баланса, но не позволяет в полной мере реализовать достоинства OLED в отношении высокого цветового охвата, насыщенности цветов, энергоэффективности.

Однако в ряду коллективных дисплеев низкого разрешения технология OLED уже применяется практически. Термин «низкое разрешение» в данном случае означает не общее разрешение дисплея в пикселях (оно может быть теоретически каким угодно) а «удельное разрешение» — шаг (размер) пикселя или питч. У модульного OLED-дисплея Mitsubishi питч около 3 мм. Небольшие размеры отдельных панелей (96 х 96 мм), из которых собирается модульный дисплей, позволяют собирать криволинейные конфигурации, например, дисплей-глобус диаметром 6 метров в Национальном музее науки и инноваций в Токио.

poly_26_05_2014_3

Тенденция радикального увеличения разрешения дисплеев становится все более отчетливой. Демонстрации 8К (33 мегапикселя) изображений компанией NHK — одно из наиболее значимых событий в области дисплеев. Правда, такого дисплея даже еще и нет. В качестве дисплея используется модульный дисплей на базе высококачественных проекторов. Использование такого дисплея меняет все установившиеся эргономические нормы для просмотра изображений. Если угловой размер Full HD-дисплея для зрителя может быть порядка 30–40 градусов, то размер 8К изображения — 110 градусов. При этом будут использоваться области периферического зрения человека, что обеспечит гораздо более сильный эффект «погружения» в демонстрируемое изображение. Представьте себе, что вы смотрите хоккейный матч по «телевизору» 8К, передаваемый одной-единственной камерой (конечно, тоже 8К) и у вас полная иллюзия того, что вы сидите на трибуне стадиона, потому что для того, чтобы увидеть шайбу в любом конце поля, вам не нужна работа режиссера и оператора для получения «крупного плана», он просто не нужен, так же, как на реальной трибуне…

Тема стерео (3D) изображения переживает очередной подъем. Новые дисплейные технологии предлагают соответственно новые решения. Прежде всего возросла скорость обновления изображения и стало возможным достичь необходимой частоты 60 герц для каждого глаза. Большинство систем 3D-изображения сегодня предполагают использование очков — пассивных или активных (с управляемой электроникой поляризационными затворами на каждый глаз). Автостереоскопические («безочковые») технологии также развиваются, но пока не могут обеспечить сопоставимое с «очковыми» по качеству изображение. По мнению специалистов некоторых ведущих компаний, реальных бескомпромиссных коммерческих автостереоскопических дисплеев в ближайшие годы еще не ожидается, хотя технологии развиваются быстро… Необходимо ведь с некоторого плоского источника одновременно доставить разные изображения отдельно для каждого из глаз, произвольно расположенных и спонтанно перемещающихся в пространстве. Попытки создания подобных следящих систем предпринимались во Фраунхоферовском институте в Мюнхене и прототипы их периодически демонстрируются на специализированных выставках. Система специальной камерой захватывает образ зрителя, определяет положение его глаз, фокусирует два изображения в соответствующих точках пространства и продолжает следить за ними. Но что будет, если таких зрителей будет 2, 10, 1000…

Разработчики стереотехнологий с применением очков соперничают в области манипулирования стоимостью и качеством. Например, для кинотеатров «активные» очки являются очевидно нерентабельным решением из-за высокой стоимости самих очков. Поэтому там приходится использовать одну из компромиссных технологий INFITEC, разделяющей цветовые спектры для разных глаз, но гораздо изощреннее, чем первобытный анаглиф с картонными красно-синими очками.

В то же время для домашнего применения или профессиональных систем активные управляемые очки с поляризационными затворами обеспечивают более качественное изображение и могут быть рентабельными из-за малого количества используемых очков.

Почти все сегодняшние дисплейные решения для демонстрации 3D с той или иной стороны являются компромиссными и приводят, например, к двукратной потере разрешения по крайне мере по одному направлению (горизонтали или вертикали). Так работают новые ЖК-дисплеи с «черезстрочной» поляризацией — половина горизонтальных линий (через одну) дает изображение для одного глаза, другая для другого.

Световой поток, проходящий через очки практически любого типа, существенно ослабляется, видимая яркость изображения заметно падает. Необходимо повышать яркость дисплея, а значит, падает энергоэффективность, о которой сейчас так много говорят производители, подчеркивая каждый сэкономленный ватт.

Это не говоря уже о том, какие сильнейшие физиологические противоречия вызывает вообще-то демонстрация 3D-изображения на плоском экране. Недаром уже аналитики рынка дисплеев сообщают о падении спроса на домашние 3D-устройства (что не впервые в истории дисплейных технологий).

Вопросы восприятия стереоизображений сложнее, нежели их пытаются интерпретировать продавцы технологий. Уверенно можно сказать, что качественные системы стереоизображений могут очень эффективно использоваться в профессиональной деятельности, интерпретации геологических исследований (здесь уже существует многолетний опыт), медицине, дизайне, архитектуре, инженерии. В этих случаях можно пойти на какие-то «эргономические» компромиссы, поскольку это эпизодические просмотры заранее созданных изображений.

В области же записи реальных стереоизображений, стремительно распространяемыми 3D-устройствами от простых фотомыльниц до профессиональных камер и просмотр результатов на современных 3D-дисплеях, пока еще недостаточно опыта, чтобы сформулировать какие-либо критерии качества и делать прогнозы.

Автор: Борис Переверзев, эксперт по аудиовизуальным технологиям, директор по развитию компании Polymedia

Orphus system
Подписывайтесь на канал infoCOM.UZ в Telegram, чтобы первыми узнавать об ИКТ новостях Узбекистана
В Telegram
В WhatsApp
В Одноклассники
ВКонтакте